组态软件交通灯控制系统设计

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1、1河南机电高等专科学校河南机电高等专科学校课程设计报告书课程设计报告书课题名称课题名称 组态软件交通灯控制系统设计控制系部名称：系部名称： 自动控制系 专业班级：专业班级： 电气自动化 103 班 姓姓 名：名： 李青 学学 号：号：101415204 2012 年 09 月 23 日2目录目录一、绪论；一、绪论；二、软件介绍；二、软件介绍；三、交通灯设计的控制仿真；三、交通灯设计的控制仿真；四、交通灯控制系统的控制设计；四、交通灯控制系统的控制设计；五、心得体会；五、心得体会；六、附录六、附录31 绪论1.1 概述现在的城市发展的越来越快，人们的生活水平也越来越高，出行的时候 都是以车代步。

2、虽然是很方便但是也给交通带来了许多问题，如交通拥堵、交 通事故频发、环境污染加剧和燃油损耗上升，其中最为关键的是交叉口的车流 量己处于饱和状态。分析其原因主要是由于现有交叉口的几何条件所限，以及 缺少完善的的交通管理设施。道路上交通标志不规范，路口渠化不合理等问题 加剧了交通拥挤的矛盾，而作为城市交通命脉的主干道的交通阻塞会使整个城 市交通陷入瘫痪。解决城市交通拥挤状况，完善路网来缓解交通拥挤不是短时 间所能解决的，目前急需做的是进一步挖掘路网的潜力并改善交通现状，特别 是改善交通信号控制。可见，研制一种高效的智能交通控制系统是很有必要的， 因此，城市交通的智能控制目前已成为国内外交通工程界研

3、究的热点领域之一。 而各交叉口是是城市道路网的咽喉要道，是人流和车辆汇集的地方，最容易发 生交通阻塞现象，因此交叉口信号的智能控制显得更为迫切。最大程度提高交 叉口的通行能力，为经济的发展和人民生活提供一个安全、畅通、高效、低公 害低能耗的交通环境已成为必然。 通常新型的工业自动控制系统被划分为控制层、监控层、管理层 3 个层次 结构。监控层的硬件以 IPC 为主, 其软件采用工业组态软件, 实现完成现场数 据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势 曲线和报表输出以及企业监控网络等功能; 通过车流量的统计来判断是否堵车， 然后根据具体要求来控制红绿灯的时间。本设计就

4、是应用西门子 S7-200 对十字 路口交通灯控制实现 PLC 控制。1.2 设计主要内容模拟的十字路口交通灯组态图，用一个开关控制交通灯的运行与停止， 当开关为开时，先南北红灯、东西绿灯亮此时东西方向的车辆运行，延时 15 秒 东西绿灯变为闪烁状态，闪烁 5 秒后跳到黄灯亮，此时东西方向的车辆停止运 行，东西黄灯亮 3 秒后，变为东西红灯、南北绿灯，则南北方向车辆运行，延 时 15 秒南北绿灯变为闪烁，闪烁 5 秒后跳到南北黄灯，则南北方向的车辆停止 运行，南北黄灯亮 3 秒后，再回到南北红灯、东西绿灯的状态，循环下去。无 论运行到那个状态当开关由开变为关闭时，所有的灯都处于不亮状态 。2

5、软件介绍2.1 组态软件的介绍和结构随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人 们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业 领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。MCGS 工控 组态软件的出现为解决一些实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够 很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象 和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。 4它的主要特点有（1）延续性和可扩充性。使用 MCGS 工控组态软件开 发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时， 不需作很多修改而方便地完成

6、软件的更新和升级；（2）封装性（易学易用） ， MCGS 工控组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对 于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术） ，就能很好地完 成一个复杂工程所要求的所有功能；（3）通用性和可扩充性，每个用户根据工 程实际情况，利力控组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板 卡、变频器等）的设备驱动、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个 具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有网络功能的工程， 不受行业限制。力控软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完 整的工具软件，帮助用户设计和构造自己

7、的应用系统。运行环境则按照组态环 境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组 态设计的目标和功能。MCGS 组态软件（以下简称 MCGS）由“MCGS 组态环境”和“MCGS 运行环境” 两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。2.2 组态软件的功能和特点全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和 要求，真正的 32 位程序，可运行于 Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000 等多 种操作系统。 庞大的标准图形库、完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持，使您能够快 速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。

8、组态环境：组态环境：组态生成应用系统运行环境：运行环境：解释执行组态结果组态结果 数据库MCGSMCGS 软件系软件系 统包括统包括 组态环组态环 境和运境和运 行环境行环境 两个部两个部 分。组分。组 态环境态环境 相当于相当于 一套完一套完 整的工整的工 具软件，具软件， 帮助用帮助用 户设计户设计 和构造和构造 自己的自己的 应用系应用系 统。运统。运 行环境行环境 则按照则按照 组态环组态环 境中构境中构 造的组造的组 态工程，态工程， 以用户以用户 指定的指定的 方式运方式运 行，并行，并 进行各进行各 种处理，种处理， 完成用完成用 户组态户组态 设计的设计的 目标和目标和 功能。

9、功能。5全新的 ActiveX 动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相 对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。 支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外， 独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系 统间的配合天衣无缝。3 交通灯控制的设计仿真3.1 设计总结效果图3.2 动画连接 动画连接是指画面中图形对象与变量或表达式的对应关系。 建立关联后，在监控系统进行是，根据变量或表达式的数据变化，图像对象会 发生颜色变化、大小改变、文本刷新等。这样就将现场真实的数据投影到计算 机的监控画面中，从而达到远程监控的目

10、的。 此系统中分别对开关精灵、红绿灯、转向指示进行了相关的动画连接，从 而可以动态的实现系统的控制。具体的实现方法如下图所示：指示灯设置：6开关设置： I/O 设备设置I/O 设备设置是指对包括应用程序的“软件设备”和现场数据采集交换的硬件设备在内的广义上 I/O 设备驱动程序进行配置，使其与组态软件能够建立通信，构成一个完整的系统。在被监控系统中，对开关“run” 。以及各个红绿灯的代码进行定义，地址分配，通讯方式选定。在监控系统中建立的仿真 PLC 实现，实现方法如下图：7配置 I/O 设备的过程在图形开发环境 Draw 的导航器中进行，按照设备安装对话框的提示就可以完成对 I/O 设备的

11、配置工作。I/O 设备配置完成后，在导航器中会列出 I/O 设备的设备名称，同时生成的设备名称即可用于数据连接过程，在系统运行过程中，力控通过内部管理程序自动启动相应的 I/O 驱动程序，I/O驱动程序负责与 I/O 设备进行实时数据交换。创建实时数据库实时数据库(DB)是整个监控系统的核心。它负责整个系统的实时数据处理和历史数据的存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理，完成与过程数据采集的双向数据通信。在本系统中，经过创建点参数、定义 I/O 设备、数据连接等几个步骤便可以完成数据库的创建。系统中采用的 I/O 设备的数据采集与回送是实时数据库的一个最基本的功能。因为实时数据库系

12、统应用所面向的监控对象最终还是要落实到具体的硬件设备。本控制系统的实时数据库建立过程如下图所示：8窗口中间变量：af 对应南北、东西直走红绿灯；aaff 对应南北、东西转向红绿灯。4 交通灯控制系统的控制设计4.1.1 东西路口的交通灯设计（1）东西绿灯的运行情况大致如下：0-15s 东西绿灯亮 15-20s 东西绿灯闪 烁，其设置如图 39图 3 东西绿灯在组态中的设置 其中绿灯的闪烁效果通过可将独来实现的其命令是如下： (a=15)and(a=17)and(a=20)and(a=23图 5 东西红灯在组态中的设置41.2 南北路口的交通灯设计（1）南北红灯在东西绿灯及黄灯亮时是亮的，亮 2

13、3s 即 a 在 0-23s 内南北 红灯是亮的。其在组态中的设置如图 6.其可见度的命令行式：a23) and(a38)and(a40)and(a38)and(a40)and(a43)and(a=46)。图图 8 8 南北黄灯在组态中的设置南北黄灯在组态中的设置5 心得体会在这次的课程设计中，我深深的认识到了理论联系实践的重要性，也加深 了对组态软件的了解。也学到了不少的东西，特别是对于自己动脑的问题，动 手解决问题的能力无意识上了一个台阶。让我深深的体会到作为一个学习技术 的学生扎实的基础是不可缺少的。课堂上的是远远不够的，得从实践中学到更 多的知识。将课上学习的理论知识与具体的课题项目结合起来很好的加强了我13们对所学知识的掌握程度。6 附录 1：参考文件（1）赵一丁. 软件工程基础M. 北京：北京邮电大学出版社，2006.9 （2）孙华. 监控组态软件以及应用技术M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学 出版社，2005.2 （3）吴小刚. 工业组态技术与应用M.北京：人民邮电出版社，2006.5